ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия Б, 2015, том 57, № 3, с. 220-228
МЕДИЦИНСКИЕ = ПОЛИМЕРЫ
УДК 541.64:536
О РОЛИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ - НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ - В МОДИФИКАЦИИ ХИТОЗАНОВОЙ МАТРИЦЫ1 © 2015 г. Е. И. Кулиш, А. С. Шуршина, В. В. Чернова, В. П. Захаров
Башкирский государственный университет 450074 Уфа, Заки Валиди, 32 Поступила в редакцию 22.09.2014 г. Принята в печать 12.01.2015 г.
Изучено влияние некоторых лекарственных веществ — антибиотиков аминогликозидного и цефало-споринового ряда — на свойства хитозановых пленок, сформированных из раствора в уксусной кислоте. Показано, что введение лекарственных веществ, представляющих собой низкомолекулярные электролиты, оказывает существенное влияние на конформационное состояние ацетата хитозана, его надмолекулярную структуру и, как следствие, некоторые свойства полимерной матрицы. Модификация хитозана лекарственными веществами, сопровождающаяся потерей растворимости пленкой хитозана в воде, приводит к уменьшению скорости десорбции антибиотика из полимерной матрицы.
БО1: 10.7868/82308113915030055
В последнее время появилось значительное число работ [1—9], посвященных созданию систем с контролируемой доставкой лекарственных средств. Эти системы представляют собой лекарственные формы пролонгированного действия, в которых лекарственное вещество растворено либо диспергировано в массе полимера или защищено полимерной оболочкой. Количество разрабатываемых систем с контролируемой доставкой лекарственных средств огромно. Их классифицируют по конструкции (матричные и резервуар-ные), по кинетике выделения лекарственного вещества, среди них обращают на себя внимание биоинертные и биоразлагаемые, с контролируемой скоростью десорбции и с направленной доставкой к органам и тканям и т.д.
Лекарственные формы, в которых используют системы с контролируемой доставкой лекарственных средств, также могут быть разнообразными. Это микрокапсулы и микрочастицы, таб-летированные формы и пленочные покрытия. Каждая из этих лекарственных форм имеет свои сферы использования. Например, пленочные полимерные покрытия могут играть роль современных защитных (перевязочных) материалов для защиты ожоговых, хирургических и долго не заживающих ран [10—15].
Разнообразны и подходы, обеспечивающие пролонгирование выхода лекарственных препа-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Минобр-науки РФ в рамках научно-исследовательской работы № 2687 в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности по заданию № 2014/7.
E-mail: onlyalena@mail.ru (Кулиш Елена Ивановна).
ратов, среди которых химические методы, физические и даже физиологические способы пролонгации. Понятно, что прочность связи полимер— лекарственное вещество играет ключевую роль в эффекте пролонгирования. Например, если лекарственное вещество связано с полимерной матрицей ковалентными связями, десорбция лекарственного вещества возможна только в случае разрыва связи полимер—лекарственное вещество под действием ферментов организма человека. Физические способы пролонгации более просты и не менее эффективны [16—23]. Например, термический отжиг [24—26] или обработка поверхностно-активными веществами [18, 24] поверхности пленочных покрытий на основе хитозана, полимера, способного выступать в качестве основы для систем с контролируемой доставкой лекарственных средств, обладающего комплексом ценных свойств, среди которых биоразлагае-мость, бактериостатичность, биорезорбируе-мость, способность формировать прочные и эластичные пленки и т.д., позволяют в значительной мере уменьшить скорость десорбции лекарственного вещества. Однако в ряде случаев лекарственное вещество само по себе способно играть роль агента, модифицирующего полимерную матрицу, и, как следствие, приводить к изменению некоторых ее свойств, в том числе и к пролонгированию выхода лекарственного вещества. Ранее, на примере образца хитозана с молекулярной массой = 33.4 х 104, нами были рассмотрены особенности транспортных свойств лекарственных хитозановых пленок с антибиотиками аминоглико-зидного ряда (хлоридом и сульфатом амикацина)
[27] и цефалоспоринового ряда (цефазолином, цефотаксимом и цефтазидимом) [28] и высказано предположение, что в том случае, когда лекарственное вещество представляет собой соль двухосновной кислоты, способной сшивать цепи хи-тозана и вызывать структурные изменения в полимерной матрице, лекарственное вещество само по себе способно привести к значительному отклонению закономерностей его десорбции из хитозановых пленок от классического фиковско-го механизма.
В рамках настоящей работы сделана попытка обобщить полученные ранее данные, рассмотрев влияние вводимого в пленку хитозана лекарственного вещества на некоторые характеристики пленочных образцов, дополнить их на примере другого образца хитозана, с меньшим значением молекулярной массы, и другого антибиотика
аминогликозидного ряда — гентамицина, также представляющего собой соль двухосновной (серной) кислоты.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали образцы хитозана производства Закрытого акционерного общества "Биопрогресс" (Россия), полученные щелочным дезацетилированием крабового хитина (степень дезацетилирования ~84%) с Msd = 11.3 х 104. В качестве лекарственного вещества использовали антибиотики аминогликозидного ряда — амика-цина сульфат (АМС), гентамицина сульфат (ГМС) и цефалоспоринового ряда — цефтазиди-ма натриевую соль (ЦФД) и цефазолина натриевую соль (ЦФЗ). Приведены формулы и расчетные значения молекулярных масс исходных веществ:
Хитозан, М = 161
АМС, М = 781
II 223
O
ch2nh3
2SO-
HO
H2C
NH
|ho
CH3
ГМС, М = 548
2SO-
+
ЦФД, М = 603
ЦФЗ, М = 492.
N-|Г
O=C-NH-
I
C
h2n
O=C-NH-
I
CH2 I 2
N II
N
CH II
N
O
CH2—N
N /CH3 C=O O-C-COONa \ T ONa
CH
C=O ONa
3
N-N
. II II
CH2 S
*M — молекулярная масса
Пленочные образцы получали методом полива раствора полимера в 1%-ной уксусной кислоте на поверхность стекла с получением пленок ацетата хитозана; водный раствор антибиотика добавляли к раствору хитозана непосредственно перед формированием пленок. Содержание лекарственного вещества в пленке составляло 0.05, 0.17, 0.23, 0.28 и 0.33 г/г хитозана. Образцы сушили в вакуумном шкафу до постоянной массы. Толщину пленок во всех экспериментах поддерживали постоянной и равной 100 мкм.
Опыты по сорбции воды пленками хитозана и лекарственными хитозановыми пленками проводили эксикаторным методом при 100% влажности в термостатируемых условиях (Т = 37 ± 1°C).
Относительное количество воды m, поглощаемое пленочным образцом хитозана к моменту времени t, определяли с точностью по массе до 10-4 г, выдерживая пленочные образцы в эксикаторе в парах воды в течение заданного времени t и рассчитывали по формуле:
mt = —т, (1)
то
где m0 — исходная масса хитозана в пленке, Amt — разница между массой пленки в момент времени t и исходной массой хитозана в пленке.
Погрешность эксперимента при доверительной вероятности 0.95 и количестве параллельных опытов равных пяти не превышала 3%.
Для расчета коэффициентов диффузии воды в пленку в качестве исходного дифференциального уравнения приняли формулировку второго закона Фика:
dc. = D dS
dt
dx
(2)
При условии mt/mx < 0.5:
mt/mm = [ 16Dtt/ nL2 ]°'5 При условии mt/mrrj > 0.5:
(3a)
ш,/ш„ = 1 - [8/я2ехр(-кВ^/Ь2)], (3б) где Ь — толщина пленочного образца.
Кинетику десорбции лекарственного вещества из пленок в водную среду при температуре 37°С изучали методом УФ-спектрофотометрии водных растворов в области максимума поглощения лекарственного вещества. Количество лекарственного вещества, десорбированное из пленки к моменту времени оценивали по калибровочной кривой.
В первом приближении для расчета коэффициентов диффузии лекарственного вещества из пленки использовали уравнения, аналогичные уравнениям (3а) и (3б), учитывая только неэлектростатический вклад: при условии 0/0х < 0.5:
Gs/Gm = [ 16 Ds t/ nL2 ] 0-5: при условии Gs/Grrj > 0.5:
(4а)
Решение этого уравнения в случае пленочных образцов распадается на два случая: для больших (ш,/шх > 0.5) и малых (ш,/шх < 0.5) времен эксперимента [29].
0,/0х = 1 - [8/п2ехр(-я2В//Ь2)] , (4б) здесь Gs(t) — концентрация десорбированного вещества в момент времени I, Gш — загрузочная концентрация лекарственного вещества, Ь — толщина пленочного образца.
О конформационном состоянии макромолекулы хитозана в растворе 1%-ной уксусной кислоты судили по значению показателя а в уравнении Марка—Куна—Хаувинка:
[П] = К ■ Ма, (5)
где [п] — характеристическая вязкость раствора полимера, К и а — постоянные. Ошибка в определении констант составляла не более 3%. Для определения констант К и а образец исходного хитозана расфракционировали на 10 фракций
1п(п)
2 -
1.2
с х 102, г/дл
Рис. 1. Зависимость относительной вязкости от концентрации хитозана в растворе в полулогарифмических координатах.
в диапазоне значении молекулярных масс от 20000 до 150000, для каждой из которых было определено значение М^ и значение характеристической вязкости. Фракционирование хитозана проводили методом последовательного осаждения [30]. В качестве осадителя использовали ацетон. Абсолютное значение молекулярных масс фракций хитозана находили сочетанием методов скоростной седиментации и диффузии.
Характеристическую вязкость хитозана в растворе уксусной кислоты [п]0 определяли с помощью вискозиметра Убеллоде и рассчитывали, используя метод, основанный на подходе Баранова [31], позволяющий исключить влияние эффекта полиэлектролитного набухания на значение характеристической вязкости [32]:
[П]* ^ ^,
дс
(6)
Пуд/с
15 10
0.1
0.2
0.3
с, г/дл
здесь пг — значение относительной вязкости хитозана, с — концентрация хитозана в растворе. Наклоны касательных к зависимостям относительной вязкости от концентрации полимера в растворе (рис. 1) соответствуют значениям "текущей характеристической вязкости". При с ^ 0 значение [п]* соответствует начальному наклону зависимости \пцг от с и совпадает с характеристической вязкостью полимера в растворе[п].
Изотермический отжиг пленочных образцов проводил
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.